(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペルトンタービンホイール（１）であって、前記ペルトンタービンホイール（１）が、ホイールの回転軸（Ｘ1）周りに配置された、複数のサブアセンブリ（１１）を備え、各サブアセンブリ（１１）が、バケット（１１１）と、係留脚部（１１２）と、を有し、
円形断面を有する円筒形ロックピン（１３）が、前記ホイール（１）の前記回転軸（Ｘ1）に平行な方向（Ｘ13）に、２つの隣接する係留脚部（１１２）の各ペアの間に配置され、このピンが、前記２つの係留脚部にそれぞれ配置された２つのハウジング（１１２６、１１２７）内に、同時に係合し、
負荷下において複数の前記サブアセンブリ（１１）の脚部（１１２）が、互いに摺動し、負荷下における前記サブアセンブリ（１１）の相互の動き（Ｆ2）が、前記ハウジング（１１２６）を形成している表面の一部（１１２６Ｂ）を、前記ハウジング（１１２６、１１２７）内に係合した前記ピン（１３）に対して押しつけ、前記ピン（１３）を、前記ハウジング（１１２７）の境界を形成する表面の一部（１１２７Ｂ）に対して押し付け、複数の前記ピンが、複数の前記係留脚部を相互にロックする、
ことを特徴とする、ペルトンタービンホイール。
【請求項２】
２つの前記係留脚部（１１２）の側面（１１２４、１１２５）が、相互に接触せず、その間に前記ロックピン（１３）が配置されている、
ことを特徴とする、請求項１記載のペルトンタービンホイール。
【請求項３】
２つの隣接する係留脚部（１１２）内に配置された１対のハウジング（１１２６、１１２７）によって形成された、円形断面を有する円筒形容積の内部直径（Ｄi）が、この容積内に係合する前記ピン（１３）の部分の直径（Ｄ13）よりも、狭い隙間だけ大きいことを特徴とする、請求項１又は２に記載のペルトンタービンホイール。
【請求項４】
各係留脚部（１１２）には、２つの隣接する係留脚部（１１２’）に向かってそれぞれ対向する２つの側面（１１２４、１１２５）の各々に、ロックピン（１３）を部分的に受け入れるハウジング（１１２６、１１２７）が備えられていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のペルトンタービンホイール。
【請求項５】
係留脚部の各ハウジング（１１２６、１１２７）が、円筒の形状であり、受け入れる前記ロックピン（１３）の断面の、半分に対応する断面を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のペルトンタービンホイール。
【請求項６】
各係留脚部（１１２）には、前記ホイールの回転の結果生じる遠心力の効果で、前記係留脚部を取り囲む環状のフープ（１５Ａ、１５Ｂ；１４５）、又はシャフト（２）の端部（２１）の末端カラー部（２１１）、又は相フランジ（１６）のカラー部（１６３）と接触するようにされた、少なくとも１つのヒール部（１１２８Ａ、１１２８Ｂ）が備えられていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のペルトンタービンホイール。
【請求項７】
前記サブアセンブリ（１１）が、タービン（Ｔ）のシャフトの端部（２１）上に、力を吸収するフランジを利用せずに、直接取り付けられていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のペルトンタービンホイール。
【請求項８】
前記サブアセンブリ（１１）が、少なくとも１つの環状の結合フランジ（１４、１４−１６）によって、タービンのシャフトの端部（２１）上に取り付けられていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のペルトンタービンホイール。
【請求項９】
前記フランジ（１４）が、相フランジ（１６）に対して取り付けられ、前記相フランジの上に前記係留脚部（１１２）が取り付けられていることを特徴とする、請求項８に記載のペルトンタービンホイール。
【請求項１０】
前記フランジ（１４）又は前記相フランジ（１６）が、前記遠心力の効果のもとで前記係留脚部（１１２）の前記ヒール部（１１２８Ａ）の圧力を受ける能力を有する、環状のフープ（１４５）又は相フランジ（１６）のカラー部（１６３）を形成することを特徴とする、請求項６、８、９のいずれか１項に記載のペルトンタービンホイール。
【請求項１１】
少なくとも１つの環状のフープ（１５Ａ、１５Ｂ）が、前記結合フランジとは独立して、前記係留脚部（１１２）の周りに配置されていることを特徴とする、請求項８に記載のペルトンタービンホイール。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載のペルトンタービンホイール（１）を備える、ペルトンタービン（Ｔ）。
【請求項１３】
ペルトンタービンホイール（１）を取り付ける方法であって、
前記ペルトンタービンホイール（１）が、ホイールの回転軸（Ｘ1）周りに配置された、いくつかのサブアセンブリ（１１）を備え、各サブアセンブリ（１１）が、バケット（１１１）と、係留脚部（１１２）と、を有し、
前記方法が、
ａ）前記サブアセンブリ（１１）を円形構造物（２１、１６、１４）上に取り付ける工程と、
ｂ）円筒形であると共に円形断面を有するロックピン（１３）を、前記ホイール（１）の前記回転軸（Ｘ1）に対して平行な方向（Ｘ13）に、２つの隣接する係留脚部の各ペア内にそれぞれ配置された２つのハウジング（１１２６、１１２７）内に配置する工程と、
ｃ）負荷下において前記ホイールを回転させる工程であって、前記回転中に、複数の前記サブアセンブリ（１１）の脚部（１１２）が、負荷下において互いに摺動し、負荷下における前記サブアセンブリ（１１）の相互の動き（Ｆ2）が、前記ハウジング（１１２６）を形成している表面の一部（１１２６Ｂ）を、前記ハウジング（１１２６、１１２７）内に係合した前記ピン（１３）に対して押しつけ、前記ピン（１３）を、前記ハウジング（１１２７）の境界を形成する表面の一部（１１２７Ｂ）に対して押し付け、複数の前記ピンが、複数の前記係留脚部を相互にロックする工程と、
を備えることを特徴とする、方法。
【請求項１４】
前記ホイールの負荷下における前記回転中に、係留脚部（１１２）が、前記回転軸（Ｘ1）に向かって半径方向に摺動できるようにし、この脚部内のハウジング（１１２６）を形成する表面の一部（１１２６Ｂ）が、このハウジング内に挿入された前記ピン（１３）を押圧し、このピンが、隣接する係留脚部（１１２）内のハウジング（１１２７）の境界を画する表面の一部（１１２７Ｂ）を押圧する、ことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力エネルギーを機械エネルギー又は電気エネルギーに変換する設備に利用されるペルトンタイプのタービンに取り付けることを意図したホイールに関する。本発明はまた、このホイールが取り付けられたタービン、及びこのホイールを製造する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電設備の場合には、ペルトンタービンは、電流を発生させるために、発電機と結合されている。
【０００３】
一体型のペルトンタービンホイールは、嵩張り、機械加工及び運搬が不便である。例えば、特許文献１には、個々のバケットがボルトによってリムに取り付けられる、リムに基づいたペルトンタービンホイールの製造法が開示されているが、この場合には、力を吸収する側面プレートが、バケットの周りに配置されている。このタイプの装置は、多くの利用において、満足のゆくものである。
【０００４】
特許文献２には、２つの隣接するバケットの間に円錐形の保持ピンを配置し、これらのバケットの脚部を２つのリムの間でボルトによってクランプする実施形態が、開示されている。円錐形の保持ピンの利用は、これらの円錐形の保持ピンの挿入によって、すべてのバケットが共に固定され、また、リムに対して固定されることを意味している。これらの保持ピンを受け入れるハウジングは、これらの保持ピンと孔との間の面接触をさせるために、非常に正確に、円錐形状の孔をあけなければならず、さもなければ、円錐形保持ピンの効果がない。このような機械加工の精度は、生産コストを高くする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際特許出願公開第ＷＯ−Ａ−９９／４９２１３号明細書
【特許文献２】独国特許第ＤＥ−Ｃ−５５５９００号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、これらに替わる代替解決手段を提案するものであり、独立したバケットを、ペルトンタービンホイールに利用して、力を吸収する外側プレートを利用せずに、又はバケットの係留脚部の精密な機械加工を行わずに、タービンホイールの組立が長期間にわたって有効な、代替解決手段を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、本発明は、ホイールの回転軸の周りに配置した、いくつかのサブアセンブリを備え、サブアセンブリのそれぞれが、バケット及び係留脚部を備える、ペルトンタービンホイールに関する。このホイールは、円形断面を有する円筒形のロックピンが、ホイールの回転軸と平行な方向に、２つの隣接する係留脚部の各ペアの間に配置され、このピンが、上述の２つの係留脚部内にそれぞれ配列された２つのハウジング内で同時に係合し、これらのピンが、負荷下におけるサブアセンブリの相互の動きと、ハウジング内に係合したピンの動きとが、ピンが係留脚部を相互にロックするまで動けるように、ハウジング内に配置されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明により、タービンホイールを形成する組み立ての前に、サブアセンブリを相互に独立に製造することができるので、本発明によるタービンホイールの製造は、容易である。これらの複数のサブアセンブリは、製造公差が比較的大きいので、機械加工が比較的容易であり、また、大型部品用のマシニングセンタではなく、従来のマシニングセンタで製造することができる。又、サブアセンブリは、タービンホイールに関して個々に取り付け、取り外すことができるので、保守作業も容易である。２つの隣接する係留脚部の間の境界に配置されたロックピンは、ホイールが負荷下において回転したときに、これらの脚部を相互においてロックすることができ、この結果、相互に対する、また、タービンシャフトに対する、サブアセンブリの相対的なスリップが制限され、係留脚部及びピンの相対的な摺動運動の後に、係留脚部を効果的に楔締めする。ピンは、隙間を伴ってハウジング内に配置され、この結果、係留脚部の相対的な摺動ができ、係留脚部がピンによって楔締めされる。
【０００９】
更に、円形断面を有する円筒形のロックピンの利用と、これらのロックピンを、対応するハウジング内に、負荷下においてサブアセンブリが相対的に動けるように設置することは、バケットを取り外したり交換したりすることを、容易にする。特に、バケットの係留脚部の間の隙間を比較的大きくすることができ、機械加工は高精度である必要がなく、この結果、個々の係留脚部が、直接的にではなく、ロックピンを介して相互に接触状態にあるので、取り外し及び交換が容易にできる。
【００１０】
本発明の有利な、しかし必須ではない特徴により、ペルトンタービンホイールは、技術的に可能な組合せにおいて、以下の特徴の中の１つ以上を組み込むことができる。
【００１１】
−ロックピンがその間に配置される２つの係留脚部の側面が、接触状態にはない。
【００１２】
−２つの隣接する係留脚部内に配置されたハウジングのペアによって形成された円形断面を有する円筒形容積の内側直径が、この容積内に係合するピンの部分の直径を、狭い隙間だけ上回る。
【００１３】
−各係留脚部が、２つの隣接する係留脚部に向かってそれぞれ対向する２つの側部の各々に、ロックピンを部分的に受け入れるハウジングを備える。
【００１４】
−係留脚部の各ハウジングが、円筒の形状であり、受け入れるロックピンの断面の半分に対応する断面を有する。
【００１５】
−各係留脚部が、ホイールの回転の結果生じる遠心力の効果で、係留脚部を取り囲む環状のフープと接触するようにされた、少なくとも１つのヒール部を備える。
【００１６】
−サブアセンブリが、力を吸収するフランジを利用せずに、タービンのシャフトの端部に直接取り付けられる。
【００１７】
−一変形として、サブアセンブリは、少なくとも１つの環状結合フランジにより、タービンのホイールの端部に取り付けられる。このフランジは、相フランジに取り付けることができ、相フランジの上に係留脚部が取り付けられる。フランジ又は相フランジは、遠心力の効果で係留脚部のヒール部の圧力を受けることができる、フープを形成すると、有利である。一変形として、少なくとも１つのフープが、結合フランジとは独立して係留脚部の周りに配置される。
【００１８】
本発明はまた、上述のホイールが取り付けられるペルトンタービンにも関する。このようなタービンは、従来技術のものと比べて、より経済的に製造可能であり、その保守が容易である。
【００１９】
本発明はまた、上述のペルトンタービンホイールを製造する方法に関し、更に詳しくは、この方法は、
ａ）サブアセンブリを円形構造物上に取り付ける工程と、
ｂ）円筒形であると共に円形断面を有するロックピンを、ホイールの回転軸に対して平行な方向に、２つの隣接する係留脚部の各ペア内にそれぞれ配置された２つのハウジング内に配置する工程と、
ｃ）負荷下においてホイールを回転させる工程であって、この回転中に、ピンが複数の係留脚部を相互にロックするまで、サブアセンブリが、相互に対して動き、ハウジング内に係合したピンを動かす、工程と、
を備える。
【００２０】
負荷下におけるホイールの回転中に、係留脚部は、回転軸に向かって半径方向に摺動する傾向を有し、この脚部内のハウジングを形成している表面の一部が、このハウジング内に挿入されたピンを押圧し、このピンが、隣接する係留脚部内のハウジングの境界を画する表面の一部を押圧すると、有利である。
【００２１】
本発明は、一例として与えられ、添付の図面を参照して行われる、タービンホイールの４つの実施形態とタービンホイールの原理に基づくタービンに関する以下の説明から、更に理解され、本発明の他の利益が更に明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明によるタービンのシャフトに取り付けられた本発明によるタービンホイールの、正面図である。
【図２】図１のラインＩＩ−ＩＩにおける断面図である。
【図３】図１及び図２のホイールに使用されるバケットを形成するサブアセンブリの、斜視図である。
【図４】図３に示すサブアセンブリに属する２つの係留脚部の、第１の状態における概略図である。
【図５】図４に類似した図であり、係留脚部の、第２の状態における概略図である。
【図６】図１に類似した図であり、第２の実施形態によるタービンホイールの図である。
【図７】図６のラインＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面図である。
【図８】図７に類似した断面図であり、本発明の第３の実施形態によるタービンホイールの図である。
【図９】図７に類似した断面図であり、本発明の第４の実施形態によるタービンホイールの図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１及び図２に示すホイール１は、ペルトンタイプのタービンＴに属し、このタービンのシャフト２の端部２１に取り付けられている。ホイール１は、個々のサブアセンブリ１１を組み立てることによって形成されており、これらのサブアセンブリの中の１つを図３の斜視図に示すが、これらサブアセンブリは、ステンレススチール製の鋳物の一体成形部品として形成されている。
【００２４】
一変形として、サブアセンブリ１１は、ステンレススチール製の鍛造品、又は、複合材料から製造することもでき、複合材料の場合には、重量を低減し、シャフトの回転による慣性力を低減することができる。
【００２５】
各サブアセンブリ１１は、バケット１１１を形成しており、このバケットは、隆起部１１１３によって分離された２つのボウル１１１１及び１１１２の境界を形成している。サブアセンブリ１１のバケット１１１は、係留脚部１１２と一体であり、係留脚部１１２は、全反射プリズムの形状を有し、その基部は、図１に示すような形状を有している。サブアセンブリ１１の係留脚部１１２には、サブアセンブリ１１をシャフト２の端部２１に取り付けるための保持ピン１２を受け入れる２つのドリル孔１１２１及び１１２２が設けられている。各サブアセンブリ１１に対し、２つのドリル孔１１２１及び１１２２が半径Ｒ11上に配列されており、半径Ｒ11は、シャフト２の回転軸Ｘ2に関して半径方向に延び、シャフトの回転軸Ｘ2は、サブアセンブリの取り付けられた状態においては、ホイール１の回転の中心軸Ｘ1と一致する。
【００２６】
係留脚部１１２は、シャフト２の端部２１上に並べて配置されている。ホイールの取り付けられた状態において、軸Ｘ1に向かう脚部１１２の面には、参照符号１１２３が付与されている。ホイール１の取り付けられた状態において、隣接する脚部に向かう脚部１１２の側面には、それぞれ、参照符号１１２４及び１１２５が付与されている。側面１１２４は、ドリル孔１１２１及び１１２２に対して、バケット１１１の凹部側に位置しており、面１１２５は、これらのドリル孔に対して、このバケットの凸部側に位置している。
【００２７】
半円の断面を有する円筒形ハウジング１１２６が、側面１１２４上に配置され、この側面上に形成されており、半円の断面を有する円筒形ハウジング１１２７が、側面１１２５上に配置され、この側面上に形成されている。すべての係留脚部１１２には、その個々の側面１１２４及び１１２５上にハウジング１１２６及び１１２７が設けられており、図１に示すように、２つの係留脚部を並べて配置した場合、各脚部１１２のハウジング１１２６又は１１２７は、隣接する脚部の対応するハウジング１１２７又は１１２６と対向するように配置される。円形の断面を有する円筒形の容積を形成するハウジングのペア１１２６−１１２７が、このように形成され、この円筒形容積の内部には、一体に製造され円形断面を有する、ロックピン１３が係合する。
【００２８】
ハウジングのペア１１２６−１１２７によって形成された円筒形容積の内側直径Ｄiは、この容積内に挿入するピン１３の部分の直径Ｄ13よりもわずかに大きくなっている。
【００２９】
図３には、ホイール１が取り付けられた状態において、サブアセンブリに隣接するサブアセンブリの係留脚部１１２’の外形が、破線で表現されている。この第２の係留脚部１１２’のハウジング１１２６’は、ハウジング１１２７と共に、ピン１３を受け入れる容積Ｖ13を形成し、ピン１３は、この容積内に、この図の矢印Ｆ13の方向、即ち、軸Ｘ1及びＸ2に対して平行な方向に、挿入することができる。
【００３０】
係留脚部１１２及び端部２１は、ホイール１がシャフト２に取り付けられた場合に、複数の脚部１１２の互いに反対側の面１１２４と１１２５とが接触しないような寸法を有している。
【００３１】
サブアセンブリ１１の係留脚部１１２は、表面１１２３の反対側に位置する表面１１２８を有し、表面１１２８は、表面１１２９から軸Ｘ１に対して平行な方向に突出す、係留脚部１１２のヒール部１１２８Ａの境界を形成し、ドリル孔１１２２が、表面１１２８の近傍において表面１１２９内に位置している。シャフト２の端部２１は、その一部に、末端カラー部２１１が設けられており、末端カラー部２１１は、端部２１の前面２１２と共に、シャフト２上にサブアセンブリ１１が取り付けられた状態において、ヒール部１１２８Ａを受け入れる肩部２１３の境界を形成している。
【００３２】
各ピン１３には、その一端にヘッド部１３１が設けられ、このヘッド部は、表面１１２９の近傍において、各ハウジング１１２６又は１１２７の境界を成す凹部１１２６Ａ又は１１２７Ａ内に係合する。ピンは、表面１１２９の側からハウジング１１２６及び１１２７内に進入することができ、図３の矢印Ｆ13の方向に、ピンのヘッド部１３１とは反対側の端部を、これらのハウジング内に係合させる。
【００３３】
一変形として、ピン１３は、脚部１１２の、表面１１２９とは反対側の面から容積Ｖ13内に挿入することもできる。この場合には、凹部１１２６Ａと１１２７Ａとは、表面１１２９の近傍から除去される。
【００３４】
ホイール１は、シャフト２の端部２１上に各係留脚部１１２を配置することによって、シャフト２に対して組み立てられるが、各係留脚部１１２のドリル孔１１２１と１１２２とは、端部２１内に配置された対応するドリル孔２１４と２１５とに対向し、保持ピン１２を貫通させる。ピン１３は、サブアセンブリ１１がシャフト２上に設置されるのに伴って、脚部１１２の間に徐々に挿入され、ピンの個々の軸Ｘ13が、軸Ｘ1及びＸ2と平行になるように設置され、軸Ｘ1とＸ2とは最終的に一致する。保持ピン１２は、次に、各サブアセンブリ１１について、それぞれ、一方ではドリル孔１１２１及び２１４内で、他方ではドリル孔１１２２及び２１５内で、締め付けられる。
【００３５】
一変形においては、サブアセンブリ１１は、ベーステンプレート上に予め配置され、次に、ピン１３を、表面１１２９を通して容積Ｖ13内に挿入し、このように形成されたホイールを、シャフト２のフランジ板に取り付ける。次に、保持ピン１２が、締め付けられる。
【００３６】
この構成においては、複数の脚部１１２の面１１２４と１１２５とは、相互に接触しておらず、複数のハウジング１１２６と１１２７とが、ペアになって、ロックピン１３を受け入れる容積Ｖ13を形成している。図２において、ピン１３が、シャフト２の端部２１内には進入していないことに、留意されたい。
【００３７】
ピン１３は、ハウジング１１２６及び１１２７内に配置された場合、このように形成されたホイール１の安定性を確実にする。
【００３８】
負荷下におけるホイール１の最初の回転時に、すなわち、ホイールが図１、図４、及び図５の矢印Ｅによって表現された流れに晒されたときに、サブアセンブリ１１は、遠心力の効果の下でシャフト２の端部２１の内側肩部２１３に対して押圧される。これらのサブアセンブリは、シャフト２に関して回動する傾向を有し、この結果、各係留脚部は、そのハウジング１１２７内で係合するピン１３に対して強制的に押圧され、この現象が、ホイール１のサブアセンブリ１１のすべてについて繰り返される。複数のサブアセンブリは、この回動の効果の下で、シャフト２に関してピン１３をわずかに動かすが、この動きは、ピン１３がシャフト２に対して固定されていないために可能である。ジェットのために各バケットによって受け止められた力は、シャフト２に関するサブアセンブリ１１の相対的な摺動を引き起こし、ピン１３の働きにより、これらのサブアセンブリを、相互に楔締めする。従って、ピン１３は、複数の係留脚部１１２を相互にロックしつつ、シャフト２上への複数のサブアセンブリ１１の長期間にわたる有効な取り付けを、確実にする。
【００３９】
図面をわかりやすくするためにヘッド１３１が省略された図４及び図５は、この現象を図示しており、これらは、それぞれ、ホイール１が最初に回転する前と後の２つの係留脚部１１２及びピン１３を表している。最初の回転の前に、ピン１３は、脚部１１２のハウジング１１２６と１１２７とが形成する容積Ｖ13内に取り付けられている。流れＥに起因した力Ｅがアセンブリ１１に加えられた場合、脚部１１２は、図５の矢印Ｆ2によって示すように、互いに摺動する。この図の上側に示す脚部１１２は、下側に示す脚部１１２に対して、半径方向内側に摺動する傾向を有し、このことは、ハウジング１１２６を形成している表面の一部１１２６Ｂを、ピン１３に対して押し付け、ピン１３を、上側に示す脚部１１２のハウジング１１２７の境界を形成する表面の一部１１２７Ｂに対して、押し付けるようにする効果を有する。従って、ハウジング１１２６及び１１２７の表面の一部１１２６Ｂと１１２７Ｂとは、ピン１３と係留脚部１１２の間における接触ゾーンを形成し、ゾーン１１２６Ｂは、半径方向においてピン１３の中心軸Ｘ13よりも軸Ｘ1に近接しており、ピン１３の中心軸Ｘ13は、ゾーン１１２７Ｂよりも軸Ｘ1に近接している。
【００４０】
換言すれば、ピン１３は、直径Ｄi及びＤ13の間の差に起因し、隙間を伴ってハウジング１２６及び１２７内に取り付けられ、負荷下におけるホイール１の最初の回転は、相互の関係における係留脚部１１２の相対的な摺動Ｆ2に起因し、この隙間をなくすという効果を有する。
【００４１】
タービン１の停止及び回転の段階においては、最初の回転中の摺動の後に得られた複数の係留脚部の相対的な位置は、組み立てられた部品１１２と１３との間の摩擦力のために、保持される。相対的な摺動の後の位置にある部品１１２と１３との間の摩擦を増大させるために、部品１１２と１３との各接触表面間の摩擦係数を増大させる粉体を利用することができる。この利用は、表面間の摩擦が、ホイールの最初の回転の後の、回転と停止の段階の又は通常運転中の、係留脚部１１２とピン１３との間の摺動を防止することを、確実にする。
【００４２】
タービンＴが暴走した場合には、相当な遠心力がサブアセンブリ１１に作用し、サブアセンブリは、シャフト２の外側に向かって半径方向に、一緒に摺動する傾向を有する。暴走と、これに続くタービンＴの正常な再起動の後、サブアセンブリ１１は、その均衡位置を取り戻す。
【００４３】
更に、回転に基づく遠心力の効果の下での、ホイール１の半径方向に広がる動きは、係留脚部１１２のヒール部１１２８Ａが、端部２１の肩部２１３に配置されているということにより、制限されている。従って、ホイール１の半径方向への広がりは、サブアセンブリ１１の脚部１１２の半径方向のストッパを形成しているカラー部２１１に対する、各係留脚部１１２の表面１１２８の圧力により、制限されている。
【００４４】
図１〜図５を参照して説明した本発明の第１の実施形態は、特に、新しいタービンの製造に適用されるものであり、この新しいタービンのシャフト２は、上述のように、カラー部２１１及びドリル孔２１４及び２１５を形成することによって、力を吸収するフランジを利用せずにサブアセンブリ１１を直接受け入れるようにすることができる。
【００４５】
本発明はまた、図６〜図９に示すように、シャフト２が平坦な端部を有するタービンＴと共に使用することもできる。これは、シャフトの変更が不要であるので、既存のタービンの改造の際に特に有用である。
【００４６】
図６〜図９に示す３つの実施形態では、第１実施形態に類似した要素には、同一の参照符号が付与されている。これらの３つの実施形態においても、ピン１３は、第１実施形態のハウジング１１２６及び１１２７と同様のハウジングによって形成された円筒形の容積内に隙間を伴って取り付けられており、この結果、第１実施形態と同様に、負荷下におけるホイールの回転中の係留脚部の相対的な摺動動きの後、係留脚部１１２を互いにロックする。
【００４７】
図６及び図７に示す本発明の第２実施形態においては、ペルトンタービンＴのホイール１は、第１実施形態と同様に、バケット１１及び係留脚部１１２を有するサブアセンブリ１１によって形成されている。シャフト２の端部２１は、平坦な前面２１２を有する。ホイール１は、結合保持ピン１２によってシャフト２に固定され、この結合保持ピンは、フランジ１４を貫通しており、このフランジには、前面２１２に向かって働く、係留脚部１１２の内側半径部分の軸方向の圧力に対する、カラー部１４１が設けられている。保持ピン１２は、端部２１内に配置されたドリル孔２１４を貫通しており、これらのドリル孔は、タービンＴの改造の場合に、予め設けることができる。この場合、保持ピン１２がフランジ１４を貫通するためのドリル孔１４２の配置は、ドリル孔２１４の配置に適合するように行われる。
【００４８】
２つのフープ１５Ａ及び１５Ｂが、それぞれ、係留脚部１１２の側部に配置されており、これらにより、タービンＴの回転中の、特に、暴走の場合の、遠心力の効果の下におけるホイール１の半径方向の広がりに耐えることができる。ヒール部１１２８Ａ及び１１２８Ｂが、遠心力の効果の下でフープ１５Ａ及び１５Ｂにそれぞれ当接するように、脚部１１２内に配置されている。上述のように、ロックピン１３が、２つの隣接する係留脚部１１２の間の境界で、第１実施形態のハウジング１１２６及び１１２７と同様のハウジング内に挿入されている。
【００４９】
図８に示す第３の実施形態では、フランジ１４はまた、ホイール１のサブアセンブリ１１の係留脚部１１２をペルトンタービンＴのシャフト２の平坦な前面２１２に対して押圧するために利用されている。上述のように、ロックピン１３を使用し、係留脚部１１２の相対的な摺動を制限している。相フランジ１６がフランジ１４の圧力を受け、相フランジ１６には、第１実施形態と同じように貫通する、保持ピン１２をロックするためのドリル孔１６１及び１６２が設けられている。相フランジ１６は、各サブアセンブリ１１の係留脚部１１２のヒール部１１２８Ａ用のフープとして機能する、カラー部１６３を形成している。
【００５０】
この実施形態においては、第２実施形態と同様に、主保持ピン１７を使用し、フランジ１４及び脚部１１２をシャフト２に向かって軸方向に押圧している。
【００５１】
図９に示す第４実施形態においては、第２実施形態のフランジ１４及び１６が、一体型のフランジ１４によって置換されており、このフランジ１４は、主保持ピン１７が貫通するためのドリルホール１４２と、このフランジに係留脚部１１２を固定する保持ピン１２が貫通するためのドリル孔１４３及び１４４と、を形成している。上述のように、ホイール１は、バケット１１１、係留脚部１１２、及びロックピン１３を有する複数のサブアセンブリ１１を有し、この結果、係留脚部１１２間における相対的な摺動を制限することができる。フランジ１４は、フープ１４５を形成し、各係留脚部１１２のヒール部１１２８Ａは、このフープを押圧する。
【００５２】
上述の様々な実施形態の技術的な特徴は、本発明の主旨において組合せ可能である。
【００５３】
これらの実施形態とは無関係に、サブアセンブリ１１、保持ピン１２、及びロックピン１３の数は、当業者による設計選択肢の結果として得られるものである。
【００５４】
ピン１３は、必ずしも、円形断面を有する必要はない。円形以外の断面を有する場合には、ハウジング１１２６及び１１２７の形状も、そのピンの形状に適合される。
【００５５】
本発明のすべての実施形態に適用可能な一変形によれば、運転中のサブアセンブリ１１の摩擦による位置の保持を確実にするために、部品１１と２との間と、必要に応じて、これらの部品と部品１４と１４５との間の、摩擦係数を増大させるコーティングを、これらの部品の間の境界に使用することができる。
【００５６】
上述の実施形態に限定することなく、本発明によるペルトンタービンホイールの利点は、ホイールを形成するバケットが、遠心力の効果の下において、また、最初の回転中にバケットに加わる負荷の影響の下において、「自己ロック」するという事実にある。更に、バケットの係留脚部間の比較的大きな隙間は、係留脚部が、相互間の直接的な圧力によってではなく、ロックピンを介してのみ接触状態にあることを意味しており、この結果、必要に応じて１つ以上のバケットの取り外しや交換の作業が容易である。最初の回転中の相対的な摺動によるバケットの係留脚部の相対的な配置は、このような摺動現象を利用できない従来技術による装置に対して、極めて有利である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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